Densidad 2

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UNIVERSIDAD NACIONAL AGRARIA LA MOLINA
FACULTAD DE AGRONOMÍA
‘DENSIDAD APARENTE Y DENSIDAD REAL’
Alumnos:
Llamocca Mendoza, Ruth Daniela 20180044
Romero Cabello, Edison Alessandro 20181044
Profesor:
Ing. Fernando Chung Montoya
La Molina,2019
I. INTRODUCCIÓN
Las partículas de un suelo varían en su composición y en su densidad. La densidad de la fase
sólida del suelo está definida como la masa total de los sólidos dividida por el volumen total
de ellos.
Los valores típicos varían de 2.5 a 2.8 Mg/m3 , siendo 2.65 Mg/m3 el valor representativo de
muchos suelos y el valor de densidad de partícula para el cuarzo. La densidad de las
partículas no proporciona información acerca de los procesos físicos del suelo. Sin embargo,
es un valor muy útil que participa en el cálculo de propiedades del suelo como la porosidad y
la distribución del tamaño de las partículas. La mayoría de los métodos estándares señalan la
remoción de la materia orgánica, de tal manera que, la densidad de las partículas reflejan
solamente la fase mineral. Éste es el mejor valor para utilizarse en el análisis del tamaño de
las partículas, pero quizás no sea el mejor valor para el cálculo de la porosidad. El incluir la
fracción orgánica en esta determinación significa que los valores obtenidos pueden cambiar
con las prácticas de manejo del suelo. La determinación más común utiliza un picnómetro o
matraz volumétrico. Un picnómetro (gravedad específica volumétrica) es un pequeño
recipiente de vidrio con tapa. Esta tapa presenta un capilar que sirve para desalojar el exceso
de agua. Algunas veces, los picnómetros presentan un termómetro en la tapa como parte
integral y, en el cual, el mercurio siempre está en contacto con el agua del matraz. Cuando la
muestra de suelo es abundante, se pueden utilizar matraces aforados de 25, 50 o 100 ml en
lugar del picnómetro, lo cual ayuda a compensar la disminución en precisión del volumen del
líquido.
La densidad aparente se define como la masa de suelo por unidad de volumen (g. cm-3 o t.
m3 ). Describe la compactación del suelo, representando la relación entre sólidos y espacio
poroso (Keller & Håkansson, 2010). Es una forma de evaluar la resistencia del suelo a la
elongación de las raíces. También se usa para convertir datos expresados en concentraciones
a masa o volumen, cálculos muy utilizados en fertilidad y fertilización de cultivos extensivos.
La densidad aparente varía con la textura del suelo y el contenido de materia orgánica; puede
variar estacionalmente por efecto de labranzas y con la humedad del suelo sobre todo en los
suelos con arcillas expandentes (Taboada & Álvarez, 2008).
II. OBJETIVOS
● Determinar la densidad real y densidad aparente del suelo mediante procedimientos
de laboratorio.
● Calcular el porcentaje de porosidad a partir de los datos de densidad aparente y real.
III. MATERIALES Y MÉTODOS
1. Método del cilindro
Lampa
Cilindros metálicos latas de aluminio
Espátula o cuchillo
Martillo o comba
Balanza de platillo
Estufa
2. Método del terrón revestido en parafina
Terrones de suelo
Balanza de torsión
Parafina
Probeta graduada
Vaso de precipitación de 100 mL
Hilo
3. Método del picnómetro
3 fiolas de 200 mL
balanza de platillo
Un suelo con agregados
Un suelo problema
Un suelo arenoso
4. Método de la probeta
Suelos seco a estufa
Balanza
Probetas
Pisetas
PROCEDIMIENTO
❖ Método del cilindro
1. Calcular el volumen interno del cilindro de metal
2. Tomar una muestra de suelo de 0 a 20 cm de profundidad y otra de 20
a 40 cm de profundidad en una calicata.
3. Introducir los cilindros en el suelo ayudados con un pedazo de madera
que debe de colocarse en la parte superior, golpeando con el martillo.
4. Extraer el cilindro con un poco de suelo sobresaliente y retirar el
exceso en capas finas con una espátula.
5. Transferir la muestra a latas de aluminio previamente pesadas
6. Secar las muestras a 105°C en una estufa por 24 horas y luego pesarlas
7. Calcular la densidad aparente del suelo
❖ Método del terrón revestido en parafina
1. Pesar un terrón de 2 a 4 cm de diámetro previamente secado a 105°C
por 24 horas.
2. Amarrar a un hilo y sumergirlo en parafina de manera que se forme
una película impermeable alrededor
3. Pesar el terrón más la parafina
4. Suspender el terrón en la balanza de torsión y sumergirlo en agua,
determinar su peso sumergido
5. Introducir el terrón más la parafina en la probeta y calcular el volumen
desplazado
6. Calcular el volumen del terrón. sabiendo que la densidad de la
parafina a 18°C es 0.89 𝑔/𝑐𝑚3
7. Calcular la densidad aparente del terrón
❖ Método del picnómetro
1. Identificar los picnómetros (fiolas) para cada tipo de suelo.
2. Pesar 20 g para cada muestra de suelo. P1
3. Llenar las fiolas con agua destilada hasta marcar de enrasado y pesar
(el exterior de la fiola debe estar completamente seco). P2
4. Vaciar el agua de las fiolas dejando aproximadamente ¼ de su volumen
con el líquido.
5. Depositar los 20 g de suelo a las fiolas y con la ayuda de una bagueta
de vidrio agitar suavemente para expulsar completamente el aire que se
encuentra atrapado en el suelo.
6. Luego llenar la fiola con agua destilada hasta la marca de enrasado y
pesar. P3
7. Hallar el peso del agua desplazado: P2-(P3-P1)
8. La densidad del agua se considera que es 1 g/cm3, el peso del agua
desplazada es igual al volumen de agua desplazada. Este último
representa el volumen de sólidos.
9. Determinar la densidad real: masa de suelo/volumen de sólidos.
❖ Método de la probeta
1. Pesa 50 g de suelo seco a estufa de textura arenosa y 50 g de suelo seco
a estufa de textura arcillosa.
2. Depositar los suelos dentro de las probetas de 50 cc de agua
3. Retirar los suelos de las probetas y verter 50 cc de agua.
4. Introducir los suelos en las probetas y agitar para eliminar el aire.
5. Medir el volumen final de las mezclas en las probetas.
IV. RESULTADOS Y DISCUSIONES
● Método del cilindro
No se realizó el secado a estufa en el laboratorio, por lo tanto, no se
tiene la masa del suelo y no se puede calcular la densidad aparente del
suelo
● Método del terrón revestido en parafina
Volumen determinado con balanza de torsión
Peso del
terrón
seco a
estufa
(g)
Peso del
terrón
con
parafina
(g)
Peso de
la
parafina
(g)
Volumen
de la
parafina
( )𝑐𝑚3
Peso del
terrón
con
parafina
sumergid
o en
agua
( )𝑐𝑚3
Volumen
del
terrón
con
parafina
( )𝑐𝑚3
Volumen
del
terrón
( )𝑐𝑚3
Densida
d
aparente
( )𝑔/𝑐𝑚3
Poros
(%)
7.8 8.7 0.9 1 3.2 5 4 1.95 75
-Sabiendo que la densidad de la parafina a la temperatura de trabajo es
0.89 , se calcula el volumen de la parafina de 0.9 g de masa tal𝑔/𝑐𝑚3 𝑉
𝑝
que ; por lo tanto, el volumen del terrón𝑉
𝑝
= 0.9 𝑔
0.89𝑔/𝑐𝑚3
= 1𝑐𝑚3 𝑉
𝑡
será 𝑉
𝑡
= (𝑉
𝑡
+ 𝑉
𝑝
) − 𝑉
𝑝
= 5𝑐𝑚3 − 1𝑐𝑚3 = 4𝑐𝑚3
-La densidad aparente del suelo seráρ
𝑎𝑝
ρ
𝑎𝑝
= 𝑚𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒 𝑡𝑒𝑟𝑟ó𝑛𝑉
𝑡
= 7.8 𝑔
4 𝑐𝑚3
= 1. 95 𝑔/𝑐𝑚3
-La porosidad (%) se hallará según
(%) = 1 −
ρ
𝑎𝑝
ρ
𝑟
= 1 − 1.95𝑔/𝑐𝑚
3
2.6𝑔/𝑐𝑚3
= 0. 75
Volumen determinado con probeta
Peso del
terrón seco
a estufa
(g)
Peso del
terrón con
parafina
(g)
Peso de la
parafina
(g)
Volumen
de la
parafina
( )𝑐𝑚3
Volumen
del agua
desplazada
en la
probeta
( )𝑐𝑚3
Volumen
del terrón
( )𝑐𝑚3
Densidad
aparente
( )𝑔/𝑐𝑚3
Poros (%)
7.8 8.7 0.9 1 5 4 1.95 75
● Método del picnómetro
Muestra Peso del
suelo (g)
Peso de la
fiola + agua
(g)
Peso de la
fiola + agua
+ suelo (g)
Peso del
agua
desplazada
Volumen de
los sólidos
( )𝑐𝑚3
Densidad
real
( )𝑔/𝑐𝑚3
(g)
arena 100 275 342 4 4 2.5
El peso del sólido se calcula tal que P2-(P3-P1), entonces:
𝑃
𝑠
= 𝑃2 − (𝑃3 − 𝑃1) = 275 𝑔 − (343 𝑔 − 85. 4 𝑔) = 17 𝑔
● Método de la probeta
Textura Peso
del
suelo
seco a
estufa
Volumen
del suelo
seco a
estufa
Volumen
del agua
utilizada
Volumen
teórico
de la
mezcla
Volumen
de la
mezcla
obtenida
en la
probeta
Diferencia
de
volúmenes
Densid
ad
aparen
te
Densi
dad
Real
Poros
idad
Densida
daparente
teórica
Densida
d real
teórica
Porosi
dad
teórica
Arcill
osa
50 47.5 77 124.5 97.5 27 1.1 2.4 0.54 1.1 2.6 0.57
-La diferencia de volúmenes teórico y práctico arrojan el volumen de
poros: , luego, el volumen𝑉
𝑝
= 124. 5 𝑐𝑚3 − 97. 5 𝑐𝑚3 = 27 𝑐𝑚3
de los sólidos será
𝑉
𝑠
= 𝑉
𝑡𝑓𝑠𝑎
− 𝑉
𝑝
= 47. 5 𝑐𝑚3 − 27 𝑐𝑚3 = 20. 5 𝑐𝑚3
-Con el volumen de los sólidos se calcula la densidad real:
ρ
𝑎𝑝
= 𝑚𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑜𝑠 𝑠ó𝑙𝑖𝑑𝑜𝑠𝑉
𝑠
= 50 𝑔 
20.5 𝑐𝑚3
= 2, 4
V. CONCLUSIONES
Es posible determinar la densidad aparente de los suelos mediante los métodos
realizados en laboratorio; los diferentes métodos dieron resultados similares
Fue posible determinar el porcentaje de porosidad de los suelos mediante el
previo cálculo de las densidades aparentes y reales en los diferentes métodos
usados
VI. CUESTIONARIO
1. Señale algunas propiedades físicas del suelo que afectan a la
densidad aparente.
● Estructura: Ciertas formas que hacen las partículas al
juntarse forman agregados que alteran el volumen del suelo
y por tanto, la densidad aparente.
En suelos arenosos los agregados no suelen afectar la
densidad aparente.
● Textura: El tamaño y proporción de las partículas altera la
porosidad del suelo, existen diferencias notables de
porosidad entre suelos arenosos y arcillosos por ejemplo.
2. ¿Qué está sucediendo cuando la textura de un suelo no se altera,
pero su densidad aparente incrementa o disminuye?
El suelo podría estar sufriendo un cambio de estructura, donde
varía el volumen y por tanto, la densidad aparente, los horizontes
de estos suelos se nombran con un subíndice “w” que significa
cambio de estructura en los horizontes (Jaramillo, 2002)
3. ¿Qué propiedades del suelo se ven afectadas con la compactación?
¿Bajo qué prácticas agrícolas generamos compactación en los
suelos?
El suelo se puede compactar por un uso constante de maquinaria
pesada sobre este, los principales problemas que adquiere este tipo
de suelo son la falta de aireación. mala retención de agua por
disminución de los poros y lavado de minerales.
4. ¿Qué otros métodos de medición de la densidad aparente se pueden
aplicar en campo?
El método del volumenómetro se basa en la diferencia de volúmen
que se presenta al sumergir suelo en agua, conociendo la masa del
suelo se puede hallar la densidad aparente.
5. Un cilindro hueco por ambos extremos, cuyo diámetro es de 7 cm y
su altura de 2 pulgadas, nos sirvió para extraer una muestra de
suelo sin disturbar, la que peso 300 g conteniendo 15% de
humedad gravimétrica. Por otro método se determinó que la
densidad real era de 2.5 g/cm3. Calcule todas las otras propiedades
físicas que le sea posible.
6. Se tomó un muestra de suelo húmedo que peso 55.2 g (15% de
humedad gravimétrica), cuyo volumen medido en una probeta fue
de 40 cm3. Luego se agregaron 50 mL de agua destilada y el
volumen de la mezcla con este suelo húmedo fue de 76.4 cm3.
Hallar:
ausilio
a. Densidad aparente y densidad real.
b. % de porosidad.
c. % de espacio aéreo para las condiciones del suelo húmedo.
d. Inferir la textura de ese suelo.
7. Un terrón secado a estufa de 23.4 g de peso se cubrió con una
película de parafina; luego al volverlo a pesar, esté pesaba 25.9 g
(densidad de la parafina= 0.9 g/ cm3). ¿ Cual debería ser el peso de
este terrón cubierto de parafina al sumergirlo en agua, si se sabe
que su densidad aparente es de 1.45 g/cm3?
8. Para el problema anterior : ¿Cuál debería ser la densidad aparente
del terrón para que virtualmente flote? Se entiende cubierto de
parafina.
9. Se tienen dos suelos de textura y composición mineralógica
semejante. ¿Cree Ud. Que podrían presentar diferentes porcentajes
de porosidad? ¿Por qué?
10. 100 g de suelo húmedo contienen 20 g de agua (lo que representa
el 100 % de los espacios porosos). Si la densidad aparente de este
suelo es de 1.5 g/cm3,determinar:
a. Volumen total de la muestra del suelo (cm3).
b. Volumen de los sólidos (%).
c. Densidad real (g/cm3).
d. Volumen de agua (%).
e. Porosidad (%).
f. Inferir la clase textural.
VII. BIBLIOGRAFÍA
❖ Taboada, M.A.; Alvarez, C.R. 2008. Fertilidad física de los suelos.2da Ed.
Editorial Facultad de Agronomía. Universidad de Buenos Aires.
VIII. ANEXOS
RESOLVER LOS SIGUIENTES PROBLEMAS
1. Se tiene un cubo de suelo de medidas 10x10x10 cm, con una masa total de 1500 g, de
los cuales 250 g son agua. Si la densidad del agua es 1 g/cm3 y el volumen ocupado
por el aire es 278 cm3 calcule:
a. Densidad aparente (g/cm3)
Pap= Masa total del suelo÷vt
b. Densidad real (g/cm3)
c. Volumen de sólidos (%)
d. % de porosidad
e. % de espacio aéreo
Hallar el peso de la capa arable de 1 hectárea (ha) y el porcentaje de poros (%) de los
siguientes suelos ( profundidad = 20 cm):
a. Arcilloso
b. Franco
c. Arena franca